МУНИЦИПАЛЬНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

 «ШАГ В БУДУЩЕЕ»

Влияет ли вращение Земли на

направление закручивания воронки воды?

Автор: Осадчук Екатерина Ивановна,

обучащаяся 7 класса МАОУ «СОШ № 11»

г. Усть-Илимск

Руководитель: Чабан Людмила Алексеевна

учитель географии и физики  МАОУ «СОШ № 11»

г. Усть-Илимск

г.Усть-Илимск, 2019 г.

Цель: исследовать, зависимость направления закручивания воронки воды от вращения Земли.

Задача:

 1.Изучить литературу по теме и выбрать главное;
2.Подготовить и провести экспериментальную часть, произвести расчеты;
3.Определить зависимость направления закручивания воронки от вращения Земли;
4.Проанализировать полученные результаты и сделать выводы

Предмет исследования – направление закручивания воронки воды

Гипотеза :Если провести опыт рассчитать в определенной географической точке силу Кариолиса , то можно доказать, влияет ли вращение Земли на направление закручивание воронки воды

      Давно наблюдая за закручивающей воронкой в раковине и в ванной яобращала внимание, что возникают они по разному. Меня очень это заинтересовало. Я изучила литературу по  данной теме и решила провести эксперемент.

       Си́ла Кориоли́са — одна из сил инерции, использующаяся при рассмотрении движения материальной точки относительно вращающейся системы отсчёта. Одно из условий появления силы Кориолиса  это вращение тела проявляющаяся при движении в направлении под углом  к оси вращения. Если говорить простыми словами, то сила Кориолиса Земли в географии или физике на экваторе – кажущаяся кривизна глобальных ветров, океанических течений и всего, что свободно перемещается по земной поверхности.  Кривизна создается вращением оси планеты. Эффект обнаружил Гаспард Кориолис. Так как  наша планета вращается вокруг своей оси, то глобальные ветры  должны путешествовать прямо с севера на юг. В реальности они мчатся по диагонали. Получается, что в северном полушарии ветер искривляется вправо, а в южном – влево. Исключение приходится лишь на системы низкого давления, где присутствует баланс. Силу Кориолиса необходимо учитывать при рассмотрении планетарных движений воды в океане. Она является причиной возникновения гироскопических волн.

 Отношением между силой инерции и силой Кориолиса является число Россби. Число Россби  используется для описания геофизических явлений в океане и атмосфере, где характеризует важность ускорения Кориолиса вызываемого вращением Земли. Россби волны или планетарные волны, возникают в атмосфере и океанах вследствие зависимости Кориолиса силы от географической  широты.

Если тело движется по радиусу вращающегося диска, то эта сила будет толкать его вбок.

При этом, получается, что если другое тело будет двигаться навстречу первому телу по тому же радиусу, то и сила будет действовать не вправо, а в лево.

Получается, что если на таком диске расположен сток ванны, к которому со всех сторон течёт вода , то с одной стороны от стока вода движется от центра диска, а с другой стороны — к центру. В итоге, вода будет закручиваться.

В нашем случае, вместо вращающегося диска выступает земной шар. В северном полушарии угловая скорость вращения системы отчета   направлена в одну сторону, а в южном — в другую  со знаком минус, поэтому считается, что вода в ванне закручивается в разные стороны. Так же в разные стороны закручиваются циклоны, а у рек, которые текут к северу или к югу сильнее подмыт один берег — тот, к которому сила Кориолиса придавливает воду.  Вода  которая поступает в сток ванны, долгое время течет по водопроводным трубам, при этом в потоке воды образуются течения, которые, хоть их и трудно увидеть простым глазом, продолжают закручивать струю воды и тогда, когда она льется в раковину. Кроме того, когда вода уходит в сливное отверстие, могут создаваться похожие течения. Именно они определяют направление движения воды в воронке, поскольку силы Кориолиса оказываются гораздо слабее этих течений. Хотя в разных полушариях она действительно стремится закручивать водяную воронку в разных направлениях.  Проведем эксперимент и рассчитаем силу Кариолиса

Экспериментальная часть

Измеряем скорость потока воды в ванне.

Для того чтобы измерить скорость я взяла пробку 3 см, секундомер и линейку.

Я наполнила ванну водой. Затем опустила поплавок в то время когда начала образовываться воронка. Траектория поплавка была прямой так как конец дистанции был 10 см от стока. Данный опыт я проделала 3 раза.

1.В первом эксперименте поплавок проплыл 30 см за 14 секунд.

2.Во втором эксперименте поплавок проплыл то же расстояние за 8 секунд.

3.В третьем опыте то же расстояние поплавок проплыл за 12 секунд.

Среднее время прохождение поплавка 11 секунд.

30 см нужно перевести в метры. 30см=0,3 метра

Затем нужно рассчитать скорость по формуле  v=s/t.

V=0,3/11=0,03 м/с- линейная скорость вращения

2 Далее необходимо определить  угловая скорость вращения системы отчета  по формуле

w=2 π/Т, Т-время оборота Земли вокруг своей оси.-24 часа-86400секунд

w=2*3,14 /86400с=7,3 *10(-5 ) рад/с-угловая скорость.

3 Вычисляем сила Кариолиса

Масса поплавка применяемого в в опыете 10г  или 0,01кг,

Угловая и линейная скорость была рассчитана раннее.

Fк= 2*0,01кг*(0,03м/с*7,3*10(-5) рад/с) =0,00438 *10( -5) Н

В итоге мы  видим, что Сила Кариолиса  получилась  чрезвычайно малая величина. Но для того, чтоб сказать, действительно ли эта величина настолько мала, чтоб не влиять на направление закручивания, нужно рассчитать число Россби.

 Число Россби

Число Россби  определяем по формуле Ro=V/Lf.

Где  U — характерная скорость геофизического явления , L — характерный пространственный масштаб геофизического явления (я взяла   поперечный размер ванны.), f— параметр Кориолиса

г. Усть-Илимск имеет географическую широту 58град, sin 58=0,85

Расчитаем f=2*w*sin φ =2*7,3*10 (-5)*0,85=12,41 *10(-5) =0.00012

L=0,5 м

Ro=0.03m/c / (0,5*12,41*(-5)) или 0,03m/c / (0,5*0,00012)=0,03m/c / 0,00006=500-число Россби

Вывод:

 В нашем случае число Россби получилось большое, его порядок ~10(2)—10(3), а это значит, что действие силы Кориолиса на воду в ванне ничтожно по сравнению с другими факторами, такими, как форма ванны, форма стока, скорости потоков, которые присутствуют в воде. А значит, вращение Земли не влияет на направление закручивания воронки. Следовательно, то, что в разных полушариях вода закручивается в разные стороны — миф.

                                     Литература:

1. Краткая географическая энциклопедия. Закон Бэра - geoman.ru/geography/item/f00/s01/e0001669/index.shtml

2. Научная Сеть. Колебания и волны. Лекции. - nature.web.ru/db/msg.html?mid=1175042&uri=page35.html

3.Лойцянский Л. Г., Лурье А. И., Курс теоретической механики, т. 2, 6    изд., М., 1983, гл. 28; Тарг С. М., Краткий курс теоретической механики, 10 изд., М., 1986, гл. 18;

4.Ландау, Л.Д., Китайгородский, А.И., Физика для всех.-М.:Физматгиз,1963.-392с.

5.Сила Кориолиса - ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN//04-5-3.htm

6. Савельев,И.В.,Курс общей физики, том1 .-М.,1966.-404с

7. Сикорук,Л.Л.,Физика для малышей .-М.:Педагогика,1979.-168с.

8./wiki/Сила_Кориолиса

9. /wiki/Маятник_Фуко